Peptidbindinger: definition, forekomst og biologisk betydning

En peptidbinding er en kovalent amidbinding, der forbinder aminosyrerester i peptider og proteiner. Disse bindinger danner et kontinuerligt molekylært skelet af peptiderkæder, der opretholder en specifik rækkefølge af aminosyrer, samtidig med at de gør det muligt for hele kæden at indtage forskellige tredimensionelle strukturer.

Peptidbindinger er et af de helt grundlæggende opbygningselementer peptider. At forstå deres kemi hjælper med at forklare, hvordan individuelle aminosyrer kan danne større molekyler med en præcist defineret sekvens og struktur.

Selvom den grundlæggende definition er forholdsvis simpel, har peptidbindingens kemi flere væsentlige egenskaber. Elektronerne i amidgegruppen er fordelt på en sådan måde, at carbon-nitrogen-bindingen delvist minder om en dobbeltbinding. Dette begrænser muligheden for fri rotation omkring peptidbindingen, men gør ikke hele peptidet eller proteinet til et stift molekyle. Andre bindinger i rygraden beholder større rotationsfrihed, hvilket gør det muligt for peptidkæder at bøje og folde sig.

Peptidbindinger kan analyseres ud fra flere forskellige videnskabelige perspektiver. Kemikere studerer deres elektronstruktur og geometri. Molekylærbiologer analyserer den måde, de dannes på af ribosomer og andre biologiske systemer. Strukturbiologer undersøger, hvordan disse bindingers geometri påvirker proteinstrukturen. Biokemikere studerer derimod, hvordan enzymer selektivt bryder peptidbindinger under proteinbehandling og -nedbrydning.

Disse sondringer hjælper med at forstå, hvordan proteiner samtidigt kan bevare en specifik aminosyresekvens, indtage komplekse strukturer, dannes i kontrollerede biologiske processer og derefter undergå bearbejdning eller nedbrydning. Studier af elektronstruktur, peptidgeometri, ribosomatalyse, proteinsyntese og enzymatisk hydrolyse giver supplerende oplysninger om disse processer. [1] [2] [3]

Hvad er en peptidbinding?

Kemisk definition af en peptidbinding

Peptidbinding er amidbinding mellem gruppen hidrørende fra carboxylgruppen på den ene aminosyre og gruppen hidrørende fra aminogruppen på den anden aminosyre. I et typisk proteinskelet forbindes carbonatommet i carbonylgruppen og nitrogenatommet i den næste aminosyrerest.

Det mest almindeligt fremstillede fragment har formen af:

–C(=O)–NH–

C=O-fragmentet er carbonylgruppe, hvorimod C–N-bindingen er den binding, vi normalt tænker på, når vi taler helt specifikt om en peptidbinding. Sammen danner disse atomer og deres umiddelbare omgivelser den såkaldte peptidgruppen eller amidgruppe.

Denne skelnen er vigtig, fordi peptidgruppens fulde strukturformel indeholder flere forskellige bindinger. Carbon-oxygen-bindingen er ikke den forbindelse, der samler to aminosyrerester. Denne funktion udføres af amid-carbon-nitrogen-bindingen.

Når én aminosyre bindes til en anden, bliver carbonatomets carbonylgruppe, som er bundet til den ene rest, kovalent forbundet med nitrogenatomet, der er bundet til den næste rest. Gentagelse af dette mønster fører til dannelsen af skelettet i en typisk peptidkæde.

Undersøgelser af den elektroniske struktur analyserer blandt andet nitrogenatomets frie elektronpars vekselvirkning med det tilstødende carbonylsystem, hvilket gør det muligt at forklare, hvorfor denne binding adskiller sig fra en almindelig, frit roterende enkeltbinding mellem carbon og nitrogen. [1]

Hvorfor er en peptidbinding en kovalent binding?

Peptidbinding er kovalent, fordi de bundne atomer deler elektroner.

Det er ikke en ionisk interaktion mellem to separate, ladede aminosyrer eller en hydrogenbinding, der holder forskellige dele af den foldede kæde tæt på hinanden.

Netop denne kovalente binding sikrer den kemiske kontinuitet i aminosyresekvensen. Resterne forbliver en del af den samme kæde, indtil en kemisk reaktion ændrer den måde, de er bundet på.

Denne sondring bliver særlig vigtig, når man diskuterer foldning og udfoldning af proteiner. En polypeptidkæde kan bøje sig, ændre konformation, miste nogle af de interaktioner, der stabiliserer dens struktur, og endda gennemgå en betydelig udfoldning uden nødvendigvis at bryde de peptidbindinger, der opretholder dens primære sekvens.

Kovalent betyder imidlertid ikke uforgængeligt.

Enzymer og passende kemiske betingelser kan forårsage spaltning af peptidbindinger. En sådan spaltning er dog en kemisk reaktion, der ændrer den måde, atomer er bundet sammen på, og ikke blot en ændring af molekylets form.

Strukturelle undersøgelser af en af asparaginproteinaserne viser, hvordan enzymet passende kan organisere et substrat, der indeholder en peptidbinding, og et vandmolecyle på en måde, der er væsentlig for hydrolysen. [4]

Delvis karakter af dobbeltbinding og resonans

C–N-peptidbindingen fremstilles ofte i formler som en enkelt linje, men den faktiske elektronskyfordeling er mere kompleks.

Det ledige elektronpar på nitrogenatomet kan deltage i carbonylgruppens naboliggende elektron-system. Elektronernes delokalisering gør, at C–N-bindingen opnår delvis dobbeltbindingsegenskab.

Dette fænomen forklares ofte ved hjælp af resonansstrukturer.

Resonansstrukturer er alternative måder at repræsentere elektronfordelingen i det samme molekyle på. De skal ikke tolkes som separate former for molekylet, der hurtigt omdannes til hinanden.

Ligeledes betyder den delvise karakter af dobbeltbindingen ikke, dat peptidbindingen i en bestemt procentdel af tiden er en almindelig enkeltbinding og resten af tiden en almindelig dobbeltbinding.

Den faktiske elektronstruktur skyldes delokalisering af elektroner inden for hele amidgruppen.

I en beregningsundersøgelse analyserede Fedorov resonansens bidrag til bestemmelsen af peptidbindingsordenen. De detaljerede numeriske værdier afhænger af den anvendte metode til analyse af den elektroniske struktur. For en overordnet forståelse er den vigtigste konklusion dog, at vekselvirkningen mellem nitrogenets elektronsystem og carbonylgruppen er ansvarlig for nogle af C-N-bindingens usædvanlige egenskaber. [1]

Hvorfor er rotationen omkring en peptidbinding begrænset?

Den delvise karakter af dobbeltbindingen har en vigtig strukturekensekvens: rotationen omkring amidets C–N-binding er mere begrænset end rotationen omkring en typisk enkeltbinding mellem kulstof og kvælstof.

Det betyder dog ikke, at proteiner ikke kan bøje eller folde sig.

Peptidskelettet indeholder også andre bindinger, omkring hvilke rotation er mulig. Proteinkæden består således af gentagne, relativt stive peptidgrupper forbundet via andre skeletbindinger, der er kendetegnet ved større konformationsmæssig fleksibilitet.

Kombinationen af disse begrænsninger og rotationsmuligheder bidrager til den enorme mangfoldighed af tredimensionelle strukturer, som peptider og proteiner kan indtage.

Omtrentlig planhed betyder ikke en perfekt flad struktur

Elektrondelokalisering favoriserer i tilnærmet flad geometri for peptidgruppen og begrænser rotationen omkring C–N-amidbindingen.

De faktiske molekylære strukturer kan dog afvige en smule fra det ideelle matematiske plan.

Improta og medarbejdere kombinerede kvantemekaniske beregninger med analyse af krystalstrukturer af peptider og proteiner. Resultaterne viste små, systematiske afvigelser afhængigt af skelettets lokale geometri. [2]

Derfor er det korrekt at sige, at peptongrupperne er tilnærmet flade, imidlertid ville det være en for stor forenkling at fastslå, at enhver peptidbinding i ethvert peptid eller protein er fuldstændig plan.

Dette er et godt eksempel på forskellen mellem en nyttig uddannelsesmodel og den mere detaljerede opførsel af faktiske molekylære strukturer.

Hvor findes peptidbindinger?

I skelettet af peptider og proteiner

Peptidbindinger forekommer mellem tilstødende aminosyrerester i typiske peptid- og proteinkæder.

Sammen med de omliggende atomer danner de en gentagne molekylær skelet. Aminosyrernes sidekæder stikker ud over dette skelet og giver de enkelte restgrupper yderligere kemiske egenskaber.

Et protein kan bestå af en enkelt polypeptidkæde eller af flere kæder, der er forbundet i et større molekylært kompleks. Hver af dem har deres egne skeletforbindelser.

Forskellige kæder kan binde sig sammen via ikke-kovalente interaktioner eller yderligere kovalente bindinger. Sådanne forbindelser bør ikke automatisk klassificeres som peptidbindinger.

Kemisk syntese af bovint pancreatisk trypsin-hæmmer, eller BPTI, viser godt forskellen mellem dannelsen af peptidrygraden og dannelsen af yderligere disulfidbindinger. Forskerne fik først det liniære materiale og udførte derefter oxidation og karakterisering af det. Undersøgelsen adskiller derfor kædeopbygningen fra den senere strukturelle organisation. [5]

Peptidbindinger bestemmer kontinuiteten af primærstrukturen

Rækkefølgen af aminosyrerester i et peptid eller protein defineres som dets primær struktur.

Peptidbindinger sikrer den grundlæggende kovalente kontinuitet, der opretholder denne sekvens.

For eksempel sekvensen:

Ala-Gly-Ser

indeholder de samme tre typer aminosyrer som:

Ser–Gly–Ala

Det er dog ikke de samme peptidsekvenser.

Placeringen af de enkelte resters position i forhold til de peptidbindingerne er en anden.

Derfor er blot listen over aminosyrer i prøven ikke tilstrækkelig til at identificere peptidet. Det er også nødvendigt at kende deres rækkefølge og forbindelsesmåde.

I lineære og cykliske peptider

Typisk har en åben peptidkæde to ender, benævnt N-slut i C-slut.

N-enden svarer til den ene ende af peptidskelettet, mens C-enden svarer til den anden. Peptidsekvenser skrives som standard fra N-enden i retning mod C-enden.

Hoved-til-hale-cyklisk peptid, som er lukket ved at forbinde enderne af kæden, indeholder en yderligere skeletbinding, der danner en ring.

Ikke alle cykliske peptider lukker sig dog på samme måde. Ringen kan også dannes med deltagelse af en sidekæde, og nogle molekyler indeholder mere end én type tværbinding.

Betegnelse cyklisk det beskriver derfor en egenskab ved molekylets arkitektur og ikke en enkelt universel måde hvorpå det er forbundet.

Kalata B1 er et konkret eksempel på et peptid, hvis cykliske skelet er blevet bekræftet blandt andet ved enzymatiske spaltningsstudier, sekvensanalyse og molekylær struktur. Molekylet indeholder også disulfidbindinger. Disse yderligere svovl-svovl-bindinger adskiller sig kemisk fra de amidbindinger, der forbinder resterne i peptideskelettet. [6]

Peptidbindinger versus isopeptidbindinger

I et typisk proteinskelet forbinder peptidbindinger de primære aminogrupper og grupper hidrørende fra carboxylgrupper.

Amidbinding, i hvis dannelse deltager aminosyrens sidekædes funktionelle gruppe, er ofte kendt som isopeptidbinding.

Den vigtigste regel er derfor at fastslå, hvilke atomer der faktisk er blevet forbundet med hinanden.

Selve tilstedeværelsen af en amidbinding betyder ikke automatisk, at den findes i et typisk peptidrygrad. Samtidig er ikke enhver tværbinding i et peptid eller protein en amidbinding — disulfidbroer og andre kovalente modifikationer har en anden kemi.

For begyndere er det mest nyttige udgangspunkt de almindelige peptidbindinger, der findes i rygraden. Mere specialiserede forbindelser kan derefter betragtes som forskellige varianter af den molekylære organisation.

Hvor mange peptidbindinger er der i kæden?

En enkelt åben, uforgrenet kæde indeholdende n aminosyrerester har n − 1 peptidbindinger i rygraden.

Det betyder, at:

• dipeptidet har 2 restgrupper og 1 peptidbinding;
• Et tripeptid har 3 restgrupper og 2 peptidbindinger;
• tetrapeptid har 4 restarter og 3 peptidbindinger;
• et pentapeptid har 5 restgrupper og 4 peptidbindinger;
• en åben kæde, der indeholder 10 restgrupper, har 9 peptidbindinger.

Denne sammenhæng skyldes direkte måden, hvorpå molekylet er bundet: Hver efterfølgende rest forlænger den eksisterende kæde med én ekstra skeletbinding.

Modsvarende ham cyklisk hoved-til-hale-kæde indeholder n peptidbindinger i rygraden, fordi den ekstra binding lukker ringen.

Disse forudsætninger er dog væsentlige. Forgreningspunkter, usædvanlige sidekædeforbindelser, tilstedeværelsen af flere kæder, isopeptidbindinger eller andre skeletelementer end amidbindinger kræver en mere detaljeret analyse.

Selve antallet af restarter er derfor ikke altid tilstrækkeligt til at bestemme alle kovalente bindinger til stede i et komplekst peptid eller protein.

Hvordan danner peptidbindinger aminosyrer?

Fra frie aminosyrer til aminosyrerester

Den frie aminosyre og den tilsvarende rest i peptidet er forbundet med hinanden, men de beskriver ikke nøjagtigt den samme kemiske tilstand.

Når en aminosyre indbygges i et peptid, deltager dens funktionelle grupper i de bindinger, der danner kæden.

For eksempel fører en kombination af glycin og alanin i en bestemt rækkefølge til dannelsen af glycylalanin. Omvendelsen af rækkefølgen fører til dannelsen af alanyloglicyny.

Typerne af aminosyrer er de samme, men deres placering og kemiske miljø er forskellige.

Dette viser, hvorfor peptidsekvensen indeholder mere information end blot en liste over dens bestanddele.

Dannelse af bindinger kan undersøges direkte. Stachelhaus og medarbejdere analyserede elementer i det ikke-ribosomale peptidesyntesesystem og påviste, at en ændring af restesituationen i det foreslåede katalytiske sæde umuliggjorde den undersøgte kondensationsreaktion. Eksperimentet forbinder således dannelsen af et bestemt peptidprodukt med funktionen af et specifikt molekylært apparat. [7]

Kondensationsligningen er en reaktionsbalancemodel

I grundlæggende kemi fremstilles dannelsen af et peptid ofte ved hjælp af ligningen:

aminosyre + aminosyre → dipeptid + vand

Ligningvisningen viser forskellen i sammensætning mellem de frie udgangsmolekyler og det samlede produkt.

Det er nyttigt til at forstå det kemiske forhold mellem reaktanter og produkt.

Den bør dog ikke fortolkes som en komplet mekanisme for proteinsyntese inde i en levende celle.

Frie aminosyrer sætter sig ikke bare ved siden af ​​hinanden i vand, frigiver ikke spontant vandmolekyler og danner ikke automatisk en specifik proteinsekvens.

Biologisk syntese kræver aktiverede substrater, ordnet molekylært maskineri, sekvensspecificerende information samt energikrævende forberedelsesprocesser.

Det er derfor vigtigt at skelne mellem samlet kemisk ligning a reaktionsmekanisme.

Ligningen beskriver den oprindelige og endelige sammensætning. Mekanismen forklarer de faktiske molekylære trin og mellemprodukterne, der fører til reaktionen.

Rybosomforsøg undersøger netop sådanne mekanistiske detaljer i stedet for blot at reproducere den kendte kondensationsligning. [3]

Hvordan danner ribosomet peptidbindinger?

Under translationen overfører RNA, det vil sige tRNA, transporterer aminosyrer og den voksende polypeptidkæde inden for ribosomet.

Aminogruppen i den nyligt leverede aminosyre reagerer med den aktiverede ende af den eksisterende kæde forbundet med tRNA, hvilket fører til overførsel af det voksende peptid til resten, der er forbundet med det nye tRNA.

Peptidkæden forlænges sædvanligvis fra enden C-slutning.

Aktivering af aminosyrer og deres binding til tRNA er energikrævende processer. Derfor ville en beskrivelse af en hvilken som helst ribosomal peptidbinding som opstået direkte mellem to frie aminosyrer eller som simpel „vandafspaltning” af ribosomet være en alt for stor forenkling.

Weinger og medarbejdere modificerede en kemisk gruppe i tRNA-substratet og observerede en betydelig reduktion i dannelsen af peptidbindinger uden et tilsvarende fald i substratbinding. Dette resultat gav evidens for substratassisteret katalyse, hvor substraternes egne kemiske egenskaber deltager i reaktionsforløbet. [3]

Eksperimentet peger derfor på tRNA-kemiens mekanistiske rolle, og ikke udelukkende på dens funktion som en passiv bærer.

Dannelse af peptidbindinger har en bestemt retning

Proteinsyntese er en retningsbestemt proces.

Da den voksende kæde forlænges fra C-enden, udvikler sekvensen sig i en bestemt retning.

Dette er relateret til den almindelige konvention for skrivning af peptid- og proteinsekvenser fra N-ende til C-ende.

Retningen er imidlertid ikke udelukkende et skrivekonvention. Omvendt af sekvensen fører normalt til dannelsen af et andet molekyle, da hver rest da indtager en anden position i forhold til de resterende elementer i kæden.

Andre måder at skabe lignende typer bindinger på

Peptidbindinger kan også dannes uden for ribosomet.

Specialiserede ribosomuløse enzymsystemer syntetiserer visse peptider, mens laboratoriesyntese af peptider anvender aktiverede komponenter og kontrollerede koblingsreaktioner.

Disse veje adskiller sig med hensyn til organisation, substrater, reaktionsbetingelser og katalytiske mekanismer.

De bør ikke betragtes som identiske processer, blot fordi de endelige produkter indeholder amidbindinger.

Undersøgelser af ikke-ribosomal bindingdannelse og kemisk syntese af BPTI udgør eksempler på sådanne forskellige produktionsmetoder. [7] [5]

Selve fremstillingsmåden afgør heller ikke, om et givet molekyle er et peptid eller et protein. Kemisk syntese kan føre til dannelse af et materiale, der svarer til et naturligt forekommende peptid eller protein, forudsat at dets sekvens og andre væsentlige strukturtræk er fastlagt korrekt.

Peptidbindinger versus andre bindinger i proteiner

Skeletonsbindinger versus kræfter ansvarlige for foldning

Peptidbindinger holder den koblede aminosyresekvens sammen.

Interne interaktioner er derimod med til at bestemme, hvordan denne sekvens folder sig i det tredimensionelle rum, eller hvordan individuelle polypeptidkæder interagerer med hinanden.

Brintbindinger dannes mellem passende hydrogen-donorer og -acceptorer. Inden for peptidskelettet kan oxygenatomerne i carbonylgrupper fungere som acceptorer, og mange N–H-amidgrupper kan fungere som donorer.

Amid-nitrogen betragtes normalt ikke som en hydrogenbindingacceptor, fordi dets frie elektronpar deltager i amidgruppens elektron-system.

Særlig opmærksomad kræver også peptidgrupper, der indeholder prolin, da nitrogenet i skelettet da ikke har det typiske N-H-hydrogen.

Gruppen, der indeholder en peptidbinding, kan derfor deltage i dannelsen af hydrogenbindinger, men peptidbinding og hydrogenbinding er forskellige typer bindinger.

Den ene danner kovalent binding mellem aminosyrerester. Den anden deltager i interaktioner inden for molekylet eller mellem molekyler.

Undersøgelser af det korte, foldede peptid CLN025 analyserede strukturen stabiliseret af blandt andet hydrogenbindinger og andre intramolekylære vekselvirkninger. Dette viser, at foldning kan finde sted uden dannelse af en ny backbone-sekvens. [8]

Disulfidbindinger forbinder svovlholdige sidekæder

Disulfidbindinger er kovalente svovl-svovl-forbindelser, der mest almindeligvis dannes mellem cysteinets sidekæder.

De kan forbinde fjerne dele af den samme peptidkæde eller forskellige kæder.

De er ikke peptidbindinger og findes ikke i alle proteiner.

Dannelsen eller bruddet af en disulfidbro kan ændre molekylets rummelige organisation væsentligt uden nødvendigvis at skære dets peptidrygrad over.

I et studie om syntesen af BPTI blev den naturlige sekvens samt analoger designet til at ændre dannelsen af disulfidbindinger forberedt. Materialet med den naturlige sekvens blev sammenlignet med naturlig BPTI ved hjælp af analytiske og funktionelle metoder. Publikationens abstrakt bekræftede ikke alle de strukturelle konsekvenser vedrørende analogerne, hvorfor de foreslåede forskelle ikke bør præsenteres som fuldt ud etablerede resultater. [5]

Ione- og hydrofobe interaktioner

Ladede grupper kan tiltrække eller frastøde hinanden, hvilket påvirker molekylets rummelige organisation.

Ikke-polære regioner interagerer derimod med det vandige miljø på en måde, der kan fremme deres skjulen inde i strukturen, association eller aggregering. Dette fænomen diskuteres ofte i sammenhæng med hydrofob effekt.

Disse interaktioner kan have enorm betydning for proteinfoldning, men den hydrofobe interaktion er ikke en ny kovalent binding mellem aminosyrer.

Derfor er det forkert at betegne alle proteinstabiliserende kræs som peptidbindinger.

De enkelte typer interaktioner kan også reagere forskelligt på temperatur, opløsningsmiddel, surhedsgrad, ionforhold og andre miljømæssige ændringer. At fastslå, hvilken type binding eller interaktion der ændrer sig, giver en mere præcis forståelse af eksperimentets resultat.

Denaturering er ikke det samme som hydrolyse

Denaturering ændrer proteinets typiske strukturelle organisation.

Kan forstyrre foldningen eller associationen af molekyler, mens de fleste eller alle peptidbindinger efterlades intakte.

Hydrolyse ændrer derimod de kemiske bindinger ved at spalte en sårbar binding i en reaktion med vand.

Under visse omstændigheder kan begge processer finde sted i den samme prøve, men de er ikke synonymer.

Foldning af et protein betyder derfor ikke automatisk, at det omdannes til kortere peptider eller frie aminosyrer.

Denne skelnen er også synlig i strukturelle undersøgelser. I eksperimenter med termisk udviklet kollagen blev der identificeret forskellige cis- og trans-konfigurationer af prolin-relaterede peptidbindinger. Ændringen af skelettets konfiguration er et andet fænomen end dets kemiske spaltning. [9]

Dannelse, egenskaber og hydrolyse af peptidbindinger

Stabiliteten afhænger af typen af den analyserede reaktion

Peptidbindinger er stabile nok til at opretholde biologiske kæder, og samtidig kan organismer selektivt danne og spalte dem.

Der er ingen modsigelse i det.

Reaktionshastigheden afhænger blandt andet af aktiveringsbarrierer og tilstedeværelse af katalysatorer, mens det, om en given reaktion er termodynamisk fordelagtig, er et helt andet spørgsmål.

En proces kan være kemisk mulig, men uden den rette katalyse forløbe ekstremt langsomt.

På den anden side kan et enzym fremskynde en bestemt reaktion betydeligt ved at tilvejebringe en gunstigere reaktionsvej.

Enzymet omdanner ikke peptidbindingen til en helt anden type binding. Det ændrer den vej, som den kemiske reaktion følger.

Det ville også være forkert at tildele en enkelt universel levetid til alle peptidbindinger, peptider eller proteiner i vand.

Sekvens, lokal struktur, bindings-tilgængelighed, tilstødende kemiske grupper, temperatur, pH, opløsningsmiddel sammensætning og tilstedeværelsen af katalysatorer kan påvirke den observerede adfærd.

Hvad ændrer hydrolyse?

Hydrolyse bruger vand i reaktionen til kemisk spaltning af amidbindingen, hvilket fører til dannelsen af nye ender hidrørende fra carboxyl- og aminogrupper.

Deres nøjagtige ionform afhænger af betingelserne i den omgivende opløsning.

Spaltning af én binding i rygraden fører ikke automatisk til dannelse af frie aminosyrer.

Hvis en intern peptidbinding i en længere åben kæde brydes, vil de direkte produkter normalt være to kortere peptidfragmenter.

Der er behov for yderligere spaltningsreaktioner for gradvist at forkorte disse fragmenter og til sidst frigøre de enkelte aminosyrer.

Strukturelle undersøgelser af penicillopepsin analyserede, hvordan aspartatproteinasen kan organisere vand og substratgrupper i hydrolyseprocessen. Den foreslåede reaktionsmodel blev baseret på krystallografiske observationer og modellering. Den giver information om en enkelt enzymatisk mekanisme, men den beviser ikke, at enhver protease benytter en identisk katalysemåde. [4]

Hydrolyse kan være selektiv

Proteaser og peptidaser adskiller sig fra hinanden med hensyn til de bindinger, de genkender, og de molekylære miljøer.

Nogle enzymer spalter bindinger inde i kæden, mens andre fjerner rester fra dens ender.

Sekvens, lokal struktur, tilgængelighed og omgivende kemiske grupper kan have indflydelse på, om et potentielt sårbart sted rent faktisk bliver spaltet.

Davidson og Hutton undersøgte et enzym, der er forbundet med de insulinudskillende granulater. Det oprensede præparat fjernede basiske rester fra substraterne fra proinsulin, og i den anvendte test forårsagede det ikke yderligere nedbrydning af modent insulin. [10]

Det viser det selektiv biologisk behandling, og ikke tilfældig spaltning af alle peptidbindinger.

Selektiv spaltning har stor biologisk betydning, fordi større prekursormolekyler kan bearbejdes på specifikke steder, hvilket fører til dannelsen af bestemte modne produkter i stedet for tilfældig nedbrydning.

Betingelser betyder noget: to eksperimentelle eksempler

Kenley og Warne undersøgte rekombinant humant interleukin 11 under bevidst fremkaldte stressbetingelser, herunder forhøjet temperatur og forskellige pH-værdier.

I et surt miljø har de identificeret en spaltning på et bestemt sted mellem Asp og Pro. Resultaterne viser en nedbrydning, der afhænger af sekvensen og betingelserne, men bør ikke fortolkes som en universel regel, der beskriver alle proteineres adfærd under typiske biologiske betingelser. [11]

I et andet studie observerede man fragmentering af radiojoderet vasoaktivt intestinalt peptid i en fortyndet opløsning ved neutralt pH. Beslægtede, kortere fragmenter viste ikke målbar nedbrydning under de samme eksperimentelle betingelser, og tilsætningsstoffer til opløsningen påvirkede resultatet. [12]

Begge undersøgelser viser, hvorfor stabiliteten af peptidbindinger bør diskuteres i forhold til specifikke molekyler, sekvenser, miljøer og eksperimentelle betingelser, i stedet for at antage, at en bestemt pH-værdi eller temperatur vil forårsage den samme adfærd for hvert peptid.

Hvorfor er peptidbindinger biologisk vigtige?

Peptidbindinger bevarer den rækkefølge af aminosyrerester, der definerer peptid- eller proteinkæden.

Deres geometri begrænser kædens mulige rumlige arrangementer, mens carbonyl- og nitrogenholdige grupper, der er til stede i peptidbackbone, deltager i molekylære interaktioner.

Kontrolleret dannelse af peptidbindinger muliggør syntese af peptider og proteiner.

Kontrolleret spaltning af disse bindinger deltager derimod i bearbejdningen af prækursorer, fordøjelse, proteinturnover, reguleringsveje og den endelige nedbrydning af molekyler.

Den samme grundlæggende type kemiske binding deltager derfor i flere niveauer af biologisk organisation.

Dets dannelse etablerer sekvensens kontinuitet.

Dens elektronstruktur påvirker skelettets geometri.

Obecne w nim grupy chemiczne uczestniczą w oddziaływaniach molekularnych.

Jego selektywne rozszczepianie pozwala układom biologicznym przetwarzać i usuwać białka oraz peptydy.

Funkcje te łączą chemię molekularną z biologią. Dowody pochodzą między innymi z obliczeń struktury elektronowej, pomiarów strukturalnych, badań enzymatycznych, syntezy chemicznej i eksperymentów z wykorzystaniem kompletnych układów biologicznych. Każda z tych metod pokazuje inny element mechanizmu i nie powinna być wykorzystywana do wyciągania wniosków wykraczających poza rzeczywiście badany proces. [2] [3] [10]

Ofte stillede spørgsmål

1. Czy wiązanie peptydowe jest kowalencyjne?

Tak. Wiązanie peptydowe jest kowalencyjnym połączeniem amidowym pomiędzy grupami pochodzącymi od aminokwasów. Atom węgla i atom azotu współdzielą elektrony, co zapewnia chemiczną ciągłość łańcucha peptydowego. Badania struktury elektronowej analizują, jak na to współdzielenie elektronów wpływa sąsiadująca grupa karbonylowa i w jaki sposób przyczynia się ona do charakterystycznych właściwości wiązania amidowego. Określenie „kowalencyjne” nie oznacza jednak, że wiązania nie można rozerwać. W odpowiednich warunkach chemicznych lub przy udziale enzymów może ono ulegać hydrolizie. Najważniejsze jest rozróżnienie, że wiązanie peptydowe chemicznie łączy reszty w jedną cząsteczkę, a nie tylko powoduje przyciąganie pomiędzy oddzielnymi cząsteczkami lub fragmentami tej samej cząsteczki. [1]

2. Dlaczego wiązanie peptydowe ma częściowy charakter wiązania podwójnego?

Częściowy charakter wiązania podwójnego wynika z oddziaływania wolnej pary elektronowej azotu z sąsiadującym układem elektronowym grupy karbonylowej. Dzięki temu gęstość elektronowa ulega delokalizacji w obrębie grupy amidowej. Badania obliczeniowe analizowały udział tego zjawiska w rzędzie wiązania peptydowego. Struktury rezonansowe wykorzystywane do jego wyjaśnienia są alternatywnymi sposobami przedstawienia tej samej struktury elektronowej, a nie odrębnymi cząsteczkami zmieniającymi się jedna w drugą. Również wartości liczbowe opisujące rząd wiązania mogą zależeć od zastosowanej metody analitycznej. Najważniejszą konsekwencją strukturalną jest ograniczenie obrotu wokół połączenia C–N w porównaniu z typowym, swobodnie obracającym się wiązaniem pojedynczym. [1]

3. Które atomy tworzą wiązanie peptydowe?

W typowym szkielecie peptydowym wiązanie peptydowe łączy atom węgla grupy karbonylowej jednej reszty z atomem azotu kolejnej reszty. Atom tlenu pozostaje częścią grupy karbonylowej i nie stanowi bezpośredniego połączenia pomiędzy dwiema resztami aminokwasowymi. Badania elektronowe i strukturalne analizują te atomy jako element powiązanej grupy amidowej, jednocześnie rozróżniając ich poszczególne wiązania. Podczas identyfikowania typowego wiązania peptydowego we wzorze strukturalnym przydatnym punktem wyjścia jest więc znalezienie wiązania C–N bezpośrednio sąsiadującego z grupą karbonylową. [2]

4. Gdzie w białku znajduje się wiązanie peptydowe?

Wiązania peptydowe znajdują się w szkielecie każdego łańcucha białkowego i łączą sąsiadujące reszty aminokwasowe. Różnią się od wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami bocznymi oraz oddziaływań pomiędzy oddzielnymi łańcuchami. Chemiczna synteza BPTI pokazuje to rozróżnienie poprzez oddzielenie budowy szkieletu od późniejszego powstawania mostków disiarczkowych. Pełna struktura trójwymiarowa białka może zawierać wiele rodzajów oddziaływań kowalencyjnych i niekowalencyjnych, dlatego identyfikacja wiązań peptydowych wymaga śledzenia szkieletu aminokwasowego, a nie liczenia wszystkich linii lub połączeń przedstawionych na modelu cząsteczki. [5]

5. Czy każde wiązanie amidowe jest wiązaniem peptydowym?

Nie. Wiązania amidowe występują w wielu różnych związkach organicznych, natomiast termin „wiązanie peptydowe” odnosi się do określonych połączeń pochodzących od aminokwasów w peptydach i białkach. Typowe wiązanie peptydowe w szkielecie jest jednym z rodzajów układu amidowego. Wiązania amidowego wykorzystującego łańcuch boczny aminokwasu nie należy więc automatycznie zaliczać do zwykłych wiązań szkieletowych. Badania geometrii peptydów koncentrują się na zdefiniowanej grupie amidowej szkieletu, a nie traktują wszystkich możliwych amidów jako chemicznie i strukturalnie identycznych. Odpowiednia nazwa zależy od uczestniczących grup oraz ich położenia w cząsteczce. [2]

6. Ile wiązań peptydowych znajduje się w tripeptydzie?

Typowy otwarty, nierozgałęziony tripeptyd zawiera dwa wiązania peptydowe, ponieważ trzy reszty wymagają dwóch połączeń, aby utworzyć jeden ciągły otwarty łańcuch. Wynika to z ogólnej zależności n − 1 dla typowego otwartego łańcucha zawierającego n reszt. Jest to obliczenie wynikające z budowy cząsteczki, a nie wynik eksperymentalny czy informacja o jej funkcji biologicznej. Odpowiedź będzie inna, jeśli dodatkowe wiązanie szkieletowe zamknie cząsteczkę w pierścień. Wiązania łańcuchów bocznych i inne połączenia kowalencyjne należy natomiast liczyć oddzielnie. Przed zastosowaniem ogólnej reguły należy więc określić architekturę analizowanej cząsteczki.

7. Czy peptydy cykliczne mają dodatkowe wiązanie peptydowe?

Peptyd cykliczny typu head-to-tail ma o jedno wiązanie szkieletowe więcej niż odpowiadający mu otwarty łańcuch, ponieważ dodatkowe wiązanie amidowe łączy oba końce i zamyka pierścień. Inne peptydy cykliczne mogą jednak tworzyć pierścień z udziałem łańcuchów bocznych, dlatego zasada ta nie dotyczy automatycznie każdej cząsteczki określanej jako cykliczna. Badania kalaty B1 potwierdziły konkretny przypadek cyklicznego szkieletu zawierającego dodatkowo mostki disiarczkowe. Zamknięcie szkieletu w pierścień oraz tworzenie połączeń pomiędzy łańcuchami bocznymi należy więc opisywać oddzielnie podczas liczenia wiązań i przedstawiania architektury molekularnej. [6]

8. Czy wiązania peptydowe są zawsze idealnie płaskie?

Nie. Grupy peptydowe są w przybliżeniu płaskie, ale możliwe są mierzalne odchylenia od idealnej geometrii. Badanie łączące obliczenia kwantowo-mechaniczne z analizą danych strukturalnych peptydów i białek wykazało niewielkie zniekształcenia związane z lokalnym ułożeniem szkieletu. Obserwacje te uzupełniają uproszczony model podręcznikowy, ale nie czynią go bezużytecznym. Planarność pozostaje ważną preferencją strukturalną wynikającą z elektronowej budowy grupy amidowej, jednak dokładna analiza strukturalna powinna uwzględniać lokalne różnice charakterystyczne dla konkretnej cząsteczki. [2]

9. Czy białko może się zginać, skoro obrót wokół wiązania peptydowego jest ograniczony?

Tak. Szkielet białka zawiera inne wiązania, wokół których mogą zachodzić zmiany kątów torsyjnych. Ograniczony obrót wokół amidowego wiązania C–N nie unieruchamia więc całego łańcucha. Analizy strukturalne rozróżniają kąty obrotu wokół sąsiednich wiązań szkieletowych od kąta związanego z samym wiązaniem peptydowym. Ograniczenia steryczne, lokalne oddziaływania chemiczne oraz rodzaj sąsiednich reszt wpływają dodatkowo na to, które ułożenia są energetycznie i fizycznie dostępne. Białka nie są więc ani sztywnymi prętami, ani łańcuchami złożonymi z całkowicie swobodnie obracających się elementów. Ich struktura wynika z połączenia ograniczonych i stosunkowo elastycznych stopni swobody szkieletu. [2]

10. Czym są wiązania peptydowe cis i trans?

Określenia cis i trans opisują różne przestrzenne ułożenie grup znajdujących się po obu stronach wiązania peptydowego. W typowych szkieletach białkowych dominuje konfiguracja trans. Szczególnej uwagi wymagają wiązania peptydowe związane z proliną, ponieważ konfiguracja cis występuje w ich przypadku częściej niż dla wielu innych kombinacji reszt. W badaniach NMR termicznie rozwiniętego kolagenu wykryto obie konfiguracje. Wyniki te dotyczą jednak konkretnego białka w określonych warunkach eksperymentalnych i nie powinny być przekształcane w uniwersalne wartości procentowe dotyczące wszystkich peptydów i białek. Terminy cis i trans opisują geometrię wiązania peptydowego, a nie różne rodzaje wiązań chemicznych. [9]

11. Czy podczas tworzenia wiązania peptydowego zawsze bezpośrednio uwalniana jest woda?

Nie. Znane równanie przedstawiające uwalnianie wody opisuje sumaryczną relację kondensacji pomiędzy wolnymi grupami funkcyjnymi, ale nie przedstawia każdego rzeczywistego mechanizmu powstawania wiązań peptydowych. Synteza rybosomalna wykorzystuje aktywowane substraty połączone z tRNA, a badania eksperymentalne wskazują na udział chemii substratu w katalizie. Bezpośredni przebieg reakcji jest więc bardziej złożony niż proste usunięcie wody z dwóch swobodnie rozpuszczonych aminokwasów. Rozróżnienie pomiędzy sumarycznym bilansem reakcji a rzeczywistym mechanizmem biologicznym zapobiega przekształceniu przydatnego równania edukacyjnego w nieprawidłowy opis syntezy białek. [3]

12. Czy zmieszanie aminokwasów z wodą prowadzi do powstania białka?

Nie. Mieszanina wolnych aminokwasów nie tworzy automatycznie określonej sekwencji białkowej. Kontrolowane tworzenie peptydów wymaga odpowiedniej chemii, a w komórkach także uporządkowanej maszynerii syntezy zdolnej do kontrolowania kolejności aminokwasów i tworzenia wiązań. Eksperymenty dotyczące nierybosomalnego składania peptydów wykazały, że zaburzenie określonego elementu katalitycznego może uniemożliwić powstawanie badanego produktu peptydowego. Wyniki dotyczą konkretnego układu biosyntetycznego, ale pokazują szerszą zasadę: sama obecność molekularnych składników budulcowych nie wystarcza. Powstanie zdefiniowanej sekwencji wymaga kontrolowanego tworzenia połączeń molekularnych. [7]

13. Czy wiązanie peptydowe jest tym samym co wiązanie wodorowe?

Nie. Wiązanie peptydowe jest kowalencyjnym połączeniem w szkielecie cząsteczki, natomiast wiązanie wodorowe jest oddziaływaniem pomiędzy odpowiednim donorem i akceptorem wodoru. Grupy chemiczne znajdujące się w szkielecie peptydowym mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań wodorowych bez powstawania dodatkowych wiązań peptydowych. Badania pofałdowanego dekapeptydu CLN025 analizowały wiązania wodorowe i inne oddziaływania uczestniczące w stabilizacji jego struktury. Rozróżnienie to oddziela wiązania definiujące podstawową kowalencyjną sekwencję łańcucha od oddziaływań pomagających już połączonemu łańcuchowi organizować się w przestrzeni trójwymiarowej. [8]

14. Czy mostek disiarczkowy jest rodzajem wiązania peptydowego?

Nie. Mostek disiarczkowy jest kowalencyjnym połączeniem siarka–siarka, zwykle powstającym pomiędzy łańcuchami bocznymi cysteiny. Wiązanie peptydowe jest natomiast połączeniem amidowym łączącym grupy pochodzące od aminokwasów w szkielecie peptydu. Badania syntezy BPTI traktowały budowę szkieletu i powstawanie mostków disiarczkowych jako odrębne procesy. Oba rodzaje wiązań mogą mieć istotne znaczenie dla struktury cząsteczki, ale łączą inne atomy i uczestniczą w innych reakcjach chemicznych. Rozerwanie mostka disiarczkowego nie musi więc przecinać szkieletu peptydowego, natomiast rozszczepienie wiązania peptydowego bezpośrednio zmienia ciągłość sekwencji łańcucha. [5]

15. Czy denaturacja białka powoduje rozerwanie wiązań peptydowych?

Nie jest to konieczne. Denaturacja oznacza zaburzenie typowej pofałdowanej lub zespołowej struktury białka i z definicji nie wymaga rozszczepienia wiązań peptydowych. W zależności od zastosowanych warunków degradacja chemiczna może zachodzić jednocześnie z denaturacją, ale obu procesów nie należy automatycznie utożsamiać. W badaniach termicznie rozwiniętego kolagenu nadal analizowano różne konfiguracje jego wiązań peptydowych. Rozwinięty łańcuch i łańcuch poddany hydrolizie są więc różnymi stanami molekularnymi: pierwszy dotyczy przede wszystkim organizacji trójwymiarowej, natomiast drugi zmiany połączeń kowalencyjnych. [9]

16. Czy hydroliza natychmiast prowadzi do powstania wolnych aminokwasów?

Nie zawsze. Hydroliza jednego wewnętrznego wiązania peptydowego w dłuższym otwartym łańcuchu prowadzi zazwyczaj do powstania dwóch krótszych fragmentów peptydowych. Dalsze reakcje rozszczepiania są konieczne, aby stopniowo zmniejszać długość tych fragmentów i ostatecznie uwolnić pojedyncze aminokwasy. W badaniach eksperymentalnych identyfikowano konkretne fragmenty powstające po rozszczepieniu wiązań peptydowych, między innymi podczas badań degradacji interleukiny 11 i wazoaktywnego peptydu jelitowego. Rodzaj produktów zależy od miejsc, które zostały rozszczepione, oraz stopnia zaawansowania hydrolizy. Określenie „zhydrolizowany” nie oznacza więc automatycznie, że peptyd lub białko zostało całkowicie przekształcone w wolne aminokwasy. [11] [12]

17. Czy wszystkie wiązania peptydowe rozpadają się z taką samą szybkością?

Nie. Obserwowana szybkość rozszczepiania zależy od sekwencji peptydu, lokalnej struktury molekularnej, dostępności wiązania, sąsiednich grup chemicznych, składu roztworu, temperatury, pH oraz obecności katalizatorów, takich jak enzymy proteolityczne. Badania interleukiny 11 i wazoaktywnego peptydu jelitowego wykazały selektywną, zależną od warunków degradację, a nie jednakowe zachowanie wszystkich wiązań. Eksperymenty te nie określają uniwersalnego czasu trwałości dla innych peptydów. Naukowo uzasadniony wniosek jest taki, że stabilność wiązania peptydowego należy oceniać w odniesieniu do konkretnej cząsteczki, środowiska i reakcji, a nie przewidywać wyłącznie na podstawie nazwy wiązania. [11] [12]

18. Czym różni się wiązanie peptydowe od wiązania izopeptydowego?

Typowe wiązanie peptydowe w szkielecie zwykle łączy główną grupę pochodzącą od grupy karboksylowej jednej reszty z główną grupą aminową kolejnej reszty. Wiązanie izopeptydowe również jest połączeniem amidowym, ale w jego tworzeniu uczestniczy co najmniej jedna grupa funkcyjna znajdująca się poza typowym układem szkieletu, na przykład odpowiednia grupa w łańcuchu bocznym aminokwasu. Oba rodzaje połączeń opierają się więc na pokrewnej chemii amidowej, ale zajmują inne miejsca w architekturze molekularnej. Rozróżnienie jest istotne, ponieważ samo wykrycie wiązania amidowego nie wystarcza do stwierdzenia, że należy ono do zwykłego szkieletu peptydowego.

19. Dlaczego wiązania peptydowe są ważne dla struktury białek?

Wiązania peptydowe utrzymują uporządkowaną kowalencyjną sekwencję reszt aminokwasowych, a jednocześnie nakładają ograniczenia geometryczne na szkielet cząsteczki. Ich częściowy charakter wiązania podwójnego ogranicza obrót wokół amidowego połączenia C–N i sprzyja w przybliżeniu płaskiej geometrii grupy peptydowej. Jednocześnie grupy karbonylowe i N–H w szkielecie mogą uczestniczyć we wzorcach wiązań wodorowych ważnych dla struktur wyższego rzędu. Wiązania peptydowe nie tylko łączą więc aminokwasy — ich właściwości elektronowe i geometryczne pomagają określać możliwości strukturalne całego łańcucha. [1] [2]

20. Czy enzymy mogą rozrywać wiązania peptydowe?

Tak. Proteazy i peptydazy mogą katalizować hydrolizę wiązań peptydowych, ale nie muszą przecinać wszystkich wiązań bez rozróżnienia. Poszczególne enzymy rozpoznają określone sekwencje, środowiska strukturalne lub pozycje w łańcuchach peptydowych. Badania strukturalne penicillopepsyny analizowały sposób organizacji substratu i wody przez proteinazę aspartylową podczas hydrolizy, natomiast Davidson i Hutton wykazali selektywne przetwarzanie substratów związanych z proinsuliną. Przykłady te pokazują, w jaki sposób układy biologiczne mogą w kontrolowany sposób rozszczepiać określone wiązania peptydowe podczas przetwarzania i degradacji cząsteczek. [4] [10]

Ograniczenia w interpretacji badań nad wiązaniami peptydowymi

Podczas przechodzenia od podstawowej chemii wiązań peptydowych do wniosków dotyczących rzeczywistych peptydów i białek należy pamiętać o kilku ograniczeniach.

Po pierwsze, idealizowana grupa peptydowa przedstawiana w podręcznikach jest modelem typowego układu strukturalnego. Rzeczywiste struktury molekularne mogą wykazywać mierzalne odchylenia od idealnej planarności i geometrii. [2]

Po drugie, stabilność wiązania peptydowego zależy od kontekstu. Wyników eksperymentów prowadzonych w podwyższonej temperaturze, przy nietypowym pH, bardzo małym stężeniu lub w obecności określonych katalizatorów nie należy automatycznie wykorzystywać do przewidywania zachowania cząsteczki w zupełnie innych warunkach. [11] [12]

Po trzecie, różne enzymy wykorzystują różne mechanizmy katalityczne. Dowody opisujące hydrolizę prowadzoną przez jedną proteinazę aspartylową nie oznaczają, że wszystkie proteazy rozszczepiają wiązania peptydowe w dokładnie taki sam sposób. [4]

Po czwarte, wiązania peptydowe mogą powstawać poprzez różne mechanizmy. Translacja rybosomalna, biosynteza nierybosomalna i laboratoryjna synteza chemiczna mogą prowadzić do powstawania połączeń amidowych, mimo że wykorzystują odmienne substraty i maszynerię molekularną. [3] [7]

Po piąte, zmian struktury białka nie należy automatycznie interpretować jako rozszczepienia wiązań peptydowych. Denaturacja, zmiany konformacyjne, przejścia cis–trans, zaburzenie wiązań wodorowych, redukcja mostków disiarczkowych i hydroliza wiązań peptydowych opisują różne zdarzenia molekularne.

Rozróżnienia te są istotne, ponieważ termin wiązanie peptydowe opisuje konkretny rodzaj połączenia kowalencyjnego. Aby zrozumieć, co rzeczywiście dzieje się z peptydem lub białkiem, należy ustalić, które wiązanie chemiczne lub oddziaływanie molekularne uległo zmianie.

Sammenfatning

Wiązania peptydowe są kowalencyjnymi połączeniami amidowymi, które łączą reszty aminokwasowe w łańcuchy peptydowe i białkowe. Choć często przedstawia się je po prostu jako wiązania C–N w powtarzającym się fragmencie szkieletu –C(=O)–NH–, ich chemia jest bardziej złożona niż chemia zwykłego, swobodnie obracającego się wiązania pojedynczego.

Delokalizacja elektronów w obrębie grupy amidowej nadaje połączeniu C–N częściowy charakter wiązania podwójnego, ograniczając jego rotację i sprzyjając w przybliżeniu płaskiej geometrii grupy peptydowej. Jednocześnie możliwość obrotu wokół sąsiednich wiązań szkieletowych pozwala łańcuchom peptydowym przyjmować bardzo różnorodne struktury trójwymiarowe. [1] [2]

Wiązania peptydowe występują w szkielecie typowych peptydów i białek, ale należy odróżniać je od wiązań wodorowych, mostków disiarczkowych, oddziaływań jonowych, efektu hydrofobowego oraz wyspecjalizowanych połączeń łańcuchów bocznych, takich jak wiązania izopeptydowe.

Mogą one powstawać w wyniku różnych procesów. Rybosomy tworzą wiązania peptydowe podczas translacji z wykorzystaniem aktywowanych substratów związanych z tRNA, układy nierybosomalne wykorzystują wyspecjalizowaną maszynerię enzymatyczną, natomiast synteza laboratoryjna opiera się na kontrolowanych reakcjach chemicznego sprzęgania. [3] [7]

Równie ważne jest ich rozszczepianie. Hydroliza może podzielić łańcuch peptydowy na krótsze fragmenty, a proteazy i peptydazy umożliwiają organizmom selektywne przeprowadzanie tego procesu. Badania proteinaz, przetwarzania proinsuliny, degradacji interleukiny 11 i wazoaktywnego peptydu jelitowego pokazują, że rozszczepianie zależy od kontekstu molekularnego oraz warunków eksperymentalnych. [4] [10] [11] [12]

Najważniejsza zasada jest więc prosta:

wiązania peptydowe zapewniają kowalencyjną ciągłość łańcuchów aminokwasowych, natomiast ich struktura elektronowa, kontrolowane tworzenie i selektywne rozszczepianie łączą podstawową chemię z biologią peptydów i białek.

Ansvarsfraskrivelse

Artykuł ma wyłącznie charakter edukacyjny i naukowo-informacyjny. Wyjaśnia chemię wiązań peptydowych, ich strukturę molekularną, powstawanie, hydrolizę oraz przykłady pochodzące z opublikowanych badań. Nie stanowi porady medycznej, wskazówki dotyczącej leczenia, instrukcji laboratoryjnej, rekomendacji produktu ani porady dotyczącej stosowania jakiegokolwiek peptydu lub białka. Wyniki badań obliczeniowych, strukturalnych, biochemicznych, badań na zwierzętach oraz innych eksperymentów powinny być interpretowane w granicach warunków i ograniczeń poszczególnych badań.

Referencer

1. Fedorov, D. G. (2024). The peptide bond: Resonance increases bond order and complicates fragmentation. ChemPhysChem, 25(14), Article e202400170. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
2. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptide bond distortions from planarity: New insights from quantum mechanical calculations and peptide/protein crystal structures. PLOS ONE, 6(9), Article e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
3. Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R., & Strobel, S. A. (2004). Substrate-assisted catalysis of peptide bond formation by the ribosome. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
4. James, M. N., & Sielecki, A. R. (1985). Stereochemical analysis of peptide bond hydrolysis catalyzed by the aspartic proteinase penicillopepsin. Biochemistry, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
5. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Solid-phase synthesis of bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and two analogues. A chemical approach for evaluating the role of disulfide bridges in protein folding and stability. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed record
6. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Elucidation of the primary and three-dimensional structure of the uterotonic polypeptide kalata B1. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
7. Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). Peptide bond formation in nonribosomal peptide biosynthesis. Catalytic role of the condensation domain. Journal of Biological Chemistry, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773
8. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). VCD spectroscopic properties of the beta-hairpin forming miniprotein CLN025 in various solvents. Biopolymers, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
9. Sarkar, S. K., Young, P. E., Sullivan, C. E., & Torchia, D. A. (1984). Detection of cis and trans X-Pro peptide bonds in proteins by 13C NMR: application to collagen. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 81(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
10. Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). The insulin-secretory-granule carboxypeptidase H. Purification and demonstration of involvement in proinsulin processing. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
11. Kenley, R. A., & Warne, N. W. (1994). Acid-catalyzed peptide bond hydrolysis of recombinant human interleukin 11. Pharmaceutical Research, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
12. Mody, R., Tramontano, A., & Paul, S. (1994). Spontaneous hydrolysis of vasoactive intestinal peptide in neutral aqueous solution. International Journal of Peptide and Protein Research, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x